近年来,随着电能市场需求不断扩大,10k V开关柜的需求也在不断攀升。10k V开关柜作为电力输配电系统中重要的执行元件,直接影响着电力系统的可靠性。高压开关柜的故障类型包含发热故障、绝缘故障、元器件故障、机械故障,而开关柜发热故障引发的一系列故障是开关柜的最常见和最主要故障类型。基于此,本文从开关柜的温度场与气流场理论分析着手,综合国内外研究现状及温度分布计算方法,以KYN型10k V大电流开关柜为研究对象,针对大电流开关柜主要的发热故障进行建模、仿真分析,并优化其温升状况。首先,应用Solid Works对大电流开关柜进行建模,同时应用Design Modeler对模型作简化并建立多物理场耦合模型;鉴于不同经验公式计算的集肤系数存在较大出入,且柜内部分导体结构复杂无法适用经验公式,故本文采用Maxwell涡流场求解器,求解铜排及断路器等载流回路导体部件的集肤效应与邻近效应影响系数,并应用回路电阻测量仪测量接触电阻,然后根据理论公式计算各部件发热功率;依据该型号开关柜产品与运行工况,设置模型材料、边界条件以及流体类型、对流与辐射、划分网格参数等。其次,应用Icepak对4000A开关柜进行稳态温度场、气流场仿真分析,并依据国标对4000A开关柜进行温升试验,将实验结果与仿真结果进行对比验证采用Icaepak对开关柜进行温度场仿真分析的准确性;此外,针对开关柜运行中负载变化状态下的温升预测难点,本文在稳态温度场基础上,对开关柜进行5.5小时的瞬态温度场仿真分析,为大电流开关柜的在线监测提供动态温度预判理论参考。最后,由于4000A开关柜采用风机强迫风冷的方式散热,温升试验较容易通过,而3150A开关柜为自然冷却的散热方式,温升情况相较严重。因此针对与4000A开关柜整体结构相似而温升问题更为严峻的3150A开关柜展开分析,对3150A开关柜的稳态温度场进行数值仿真,并根据仿真结果提出以下两种散热优化方案:1)通过对开关柜后下门板进行开孔,加装金属格栅和透气防火板的方式;2)对触头盒的两侧与铜排侧分别开圆形和长方形通孔。并对两种方案进行稳态温度场仿真,与未优化时的3150A开关柜进行仿真对比分析,验证了两种方案能够对开关柜的散热起到明显的作用。